(57)【要約】【課題】  複数のタービンシュラウド組立体（４２）を含むタービンケーシング（３６）を製作する方法を提供する。【解決手段】  本方法は、前部取付けフランジ（５４）と後部取付けフランジ（５６）とそれらの間に画成された少なくとも１つのチャネル（５２）とを有するベースケーシング（３８）を準備する段階と、少なくとも１つのチャネル（５２）に近接した位置でベースケーシング上にリム（６２）を機械加工する段階と、リング部材（６４）内に形成した溝（７２）内にリム（６２）が少なくとも部分的に受けられるように締まり嵌めによってリング部材（６４）をベースケーシング（３８）に結合する段階とを含む。【選択図】      図２
2005061418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン用のエンジンケーシング組立体（３６）であって、
前部フランジ（５４）と、後部フランジ（５６）と、前記前部フランジ及び後部フランジ間で延び、その中に少なくとも１つのチャネル（５２）が画成された本体とを含むベースケーシング（３８）と、
前記ベースケーシング（３８）に結合され、前記前部及び後部フランジ（５４、５６）の熱膨張率と実質的に同一の率で熱膨張するように構成された環状のリング部材（６４）と、
を含む組立体。
【請求項２】
前記ベースケーシング本体が、前記少なくとも１つのチャネルに近接した位置で該本体に接触するリム（６２）をさらに含む、請求項１記載の組立体。
【請求項３】
前記リム（６２）が、前記前部及び後部フランジ（５４、５６）の外径（Ｒ２、Ｒ３) の１つよりも大きい外径（Ｒ１)を有する、請求項２記載の組立体。
【請求項４】
前記リム（６２）が前記本体と一体形である、請求項２記載の組立体。
【請求項５】
前記リング部材（６４）が前記リム（６２）の幅（Ｗ２）よりも広い幅（Ｗ１）を有し、また前記リング部材（６４）が該リング部材の内面を横切って延びる溝（７２）を含み、前記溝（７２）が、前記リム（６２）の少なくとも一部をその中に受けるような寸法にされている、請求項２記載の組立体。
【請求項６】
前記リング部材（６４）が、前記溝（７２）の両側に沿って延びるリップ（７４）をさらに含み、前記リップ（７４）が、前記リング部材（６４）の前記リム（６２）に対する軸方向移動を阻止するのを可能にする、請求項５記載の組立体。
【請求項７】
前記リング部材（６４）が、焼嵌め係合によって前記リム（６２）に結合されている、請求項５記載の組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエンジンに使用するタービンケーシングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは一般的に、直列の流れ配置の状態で、エンジンを通って流れる空気を加圧するための高圧圧縮機と、その中で燃料を加圧空気と混合し点火して高エネルギーガス流を形成する燃焼器と、高圧タービンとを含む。高圧圧縮機、燃焼器及び高圧タービンは、時としてひとまとめにしてコアエンジンと呼ばれる。このようなガスタービンエンジンはさらに、加圧した空気を高圧圧縮機に供給するための低圧圧縮機すなわちブースタを含むことができる。
【０００３】
少なくとも一部の公知のタービンは、複数のロータブレード列を備えたロータ組立体を含む。各ロータブレードは、ブレードプラットホームから先端まで半径方向外向きに延びる。複数のシュラウドが互いに結合されてロータ組立体の周りでほぼ円周方向に延びる流路ケーシングを形成し、各それぞれのロータブレード先端とケーシングとの間に先端クリアランスが画成されるようになる。この先端クリアランスは、最小値となるように設計されるが、依然として使用可能エンジン運転条件の範囲全体にわたって擦れのないエンジン運転を可能にするのに十分な大きさにされている。
【０００４】
運転時、タービン性能は、タービンブレード先端とシュラウドとの間の先端クリアランスによって左右されることになる。具体的には、クリアランスが増大すると、ロータブレード先端を越える漏洩により、タービン組立体の性能が制限されて低下することになる。ブレード先端クリアランスを維持するのを可能にするために、少なくとも一部の公知のシュラウド設計では、ケーシングフランジに可変量の冷却用ファン空気を供給することによってステータケースの熱膨張率をタービンロータ組立体の熱膨張率に一致させようとしている。フランジを冷却することにより、シュラウドの振動を排除するのを可能にするように温度ムーブメントを制御することが可能になる。さらに、フランジの質量により、ケーシングが下向きに押されてブレード先端クリアランスを維持することが可能になる。温度ムーブメントを制御しかつブレード先端クリアランスを維持するのを可能にするために、ケーシング部材は、構造的完全性をシュラウドケーシングに付加する擬似フランジを含む。
【０００５】
一部の実施例では、擬似フランジは、その外径に形成した大きな材料質量と薄い中間部分とを備えた鼓形になっている。しかしながら、このような擬似フランジを製作することは、費用もかかりかつ時間もかかることになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、複数のタービンシュラウド組立体を含むタービンケーシングを製作する方法を提供する。本方法は、前部取付けフランジと後部取付けフランジとそれらの間に画成された少なくとも１つのチャネルとを有するベースケーシングを準備する段階と、少なくとも１つのチャネルに近接した位置でベースケーシング上にリムを機械加工する段階と、リング部材内に形成した溝内にリムが少なくとも部分的に受けられるように締まり嵌めによってリング部材をベースケーシングに結合する段階とを含む。
【０００７】
別の態様では、ガスタービンエンジン用のエンジンケーシング組立体を提供する。本組立体は、前部フランジと、後部フランジと、該前部フランジ及び後部フランジ間で延びる本体とを備えたベースケーシングを含む。本体は、その中に少なくとも１つのチャネルが画成される。環状のリング部材が、ベースケーシングに結合される。リング部材は、前部及び後部フランジの熱膨張率と実質的に同一の率で熱膨張するように構成される。
【０００８】
さらに別の態様では、ガスタービンエンジンを提供する。本エンジンは、タービンと該タービンを囲む外側ケーシング組立体とを備えたタービンセクションを含む。ケーシング組立体は、前部フランジと、後部フランジと、該前部フランジ及び後部フランジ間で延びる本体とを備えたベースケーシングを含む。本体は、その中に少なくとも１つのチャネルが画成される。ケーシング組立体はさらに、ベースケーシングに結合された環状のリング部材を含む。リング部材は、前部及び後部フランジの熱膨張率と実質的に同一の率で熱膨張するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器組立体１６を備えたガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はさらに、直列の軸流関係で配置された高圧タービン１８及び低圧タービン２０を含む。圧縮機１２とタービン２０とは、第１のシャフト２４よって連結され、また圧縮機１４とタービン２０とは、第２のシャフト２６によって連結される。１つの実施形態では、エンジン１０は、オハイオ州シンシナティ所在のゼネラル・エレクトリック社から市販されているＧＥ９０型エンジンである。
【００１０】
運転中、空気は、エンジン１０の上流側１１から低圧圧縮機１２を通って流れ、加圧された空気は、低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。加圧空気は、次ぎに燃焼器組立体１６に送給され、そこで燃料と混合されかつ点火される。燃焼ガスは、燃焼器１６から流れてタービン１８及び２０を駆動する。
【００１１】
図２は、高圧タービン１８の一部の概略図である。図３は、高圧タービン１８の一部の拡大断面図である。タービン１８は、複数の段３０を含み、これら段の各々は、タービンブレード３２の列とステータベーン３４の列とを含む。タービンブレード３２は、ロータシャフト２６に結合されたロータディスク（図示せず）によって支持される。ステータケーシング３６は、タービンブレード３２及びステータベーン３４の周りで円周方向に延びて、ベーン３４がケーシング３６によって支持されるようになる。
【００１２】
ケーシング３６は、ベースケースセグメント３８を含む。ケースセグメント３８は、前部取付けフック４０と中間取付けフック４１とを含む。取付けフック４０及び４１は、ケースセグメント３８内にシュラウドチャネル５２を画成する。シュラウドチャネル５２内の前部シュラウド組立体４２は、取付けフック４０及び４１に結合される。ケースセグメント３８はまた、後部取付けフック５０を含み、この後部取付けフック５０は隣接する下流側シュラウド組立体４３に結合される。各シュラウド組立体４２及び４３は、各々がタービンブレード先端４６の半径方向外側に位置するシュラウド４４及び４５を含み、該シュラウド４４及び４５とタービンブレード先端４６との間に先端クリアランス４８が画成されるようになる。
【００１３】
ケースセグメント３８はさらに、エンジン１０内で該ケースセグメント３８をほぼ半径方向に結合するための前部取付けフランジ５４及び後部取付けフランジ５６を含む。前部取付けフック４０が、前部取付けフランジ５４から半径方向内向きに延び、また後部取付けフック５０が、後部取付けフランジから半径方向内向きに延びる。取付けフック５１は、ケースセグメント３８の取付けフランジ５６と隣接ケースセグメント５９から延びる取付けフランジ５８との間に結合される。従って、シュラウド組立体の取付けフック５０及び５１は両方とも、ケースセグメント取付けフランジ、具体的には取付けフランジ５６及び取付けフランジ５８において配置される。
【００１４】
擬似フランジ組立体６０が、半径方向に中間取付けフック４１と対向してケースセグメント３８から延びる。擬似フランジ６０は、リム６２と該リム６２の外径に結合されたリング６４とを含む。より具体的には、リム６２は、エンジン中心線６６に対して測定した半径Ｒ１を有し、この半径Ｒ１は、ケースセグメント前部取付けフランジ５４の半径Ｒ２及び後部取付けフランジ５６の半径Ｒ３の１つよりも僅かに大きい。リム６２は、シュラウド組立体４２の中間取付けフック４２と半径方向に対向してベースケーシング３８内に形成される。１つの実施形態では、リム６２は、機械加工法によって形成される。例示的な実施形態では、リム６２は、直立した平行側面を有しており機械加工するのを可能にする。しかしながら、別の実施形態では、リムの側面６８、７０は、非平行となっている。
【００１５】
リング６４は、リム６２の幅Ｗ２よりも大きい幅Ｗ１を有し、その中に溝７２が形成される。溝７２は、リム６２の外周部の少なくとも一部を受けるような寸法にされる。リング６４はさらに、溝７２の各側面７６、７８を囲むリップ７４を含み、リング６４とリム６２との間の軸方向移動を阻止するのを可能にする。１つの実施形態では、リング６４は、焼嵌め係合によってリム６２に結合される。リング６４は、個別に機械加工され、あらゆる幾何学的形状に製作することができる。リング６４はまた、該リング６４及びリム６２の組み合わせた熱特性をケースセグメント取付けフランジ５４及び５６の熱特性に整合（一致）させることができるように該リング６４が寸歩決めされる限り、ケース材料とは異なる材料で製作することもできる。
【００１６】
擬似フランジ６０は、シュラウド組立体４２の中間取付けフック４１の位置においてリング６２をベースケースセグメント３８内に機械加工することによって形成される。機械加工を容易にするために、リム６２は、ほぼ直立した平行側面を持つように機械加工される。リム６２は、前部取付けフランジ５４の半径Ｒ２及び後部取付けフランジ５６の半径Ｒ３の１つよりも僅かに大きい半径Ｒ１を有するように機械加工されて、リム６２は、前部取付けフランジ５４の直径（図示せず）及び後部取付けフランジ５６の直径（図示せず）の１つよりも同様に僅かに大きい直径（図示せず）を有するようになる。リング６４は、リム６２の外周部を受けるような寸法にされた溝７２を有するように機械加工される。リング６４は、該リング６４のリム６２に対するあらゆる軸方向移動を阻止するためのリップ７４を溝７２の両側に備えている。製作後に、リング６４を加熱して、リング６４が十分に膨張して前部取付けフランジ５４及び後部取付けフランジ５６の１つを通過するようにし、その結果、リム６２上にリング６４を嵌合することができるようになる。リング６４が冷却すると焼嵌めが形成される。
【００１７】
作動中、タービン性能は、先端クリアランス４８によって左右されので、ブレード先端４６がシュラウド４４及び４５に接触しないようにしながら先端クリアランス４８を設計最小間隔に維持するのが望ましい。先端クリアランス４８を最適化しかつ維持するために、ケースセグメント３８も含めてタービンケーシング３６の熱膨張をロータディスク（図示せず）及びタービンブレード３２の熱膨張にほぼ整合させるのが望ましい。ベースケースセグメント３８上に擬似フランジ組立体６０を設けて、シュラウド組立体４２用の取付けフック４０及び４１におけるケースセグメント３８の熱膨張特性を、それぞれ前部及び後部ケース取付けフランジ５４及び５６の熱膨張特性に整合させることができるようにし、その結果、シュラウドに対するタービンブレード先端のクリアランス４８を維持するのが可能になる。
【００１８】
１つの実施形態では、熱膨張を整合させることは、フランジ５４及び５６を含むケーシングフランジ並びに擬似フランジ組立体６０を可変量の冷却空気で冷却することによって可能となる。１つの実施形態では、冷却空気は、圧縮機吐出空気である。擬似フランジ組立体６０の温度特性をケーシングフランジ５４および５６と整合させることにより、シュラウド組立体４２のあらゆる振動を回避することが可能になり、これによって、シュラウド組立体４２とタービンブレード３２との間の接触を防止することが可能になる。
【００１９】
上述した擬似フランジは、ケースセグメントにおける熱膨張特性を整合させてシュラウドに対するタービン先端のクリアランスを維持することができるようにするために利用できる費用効果のあるフランジを提供する。擬似フランジは、該擬似フランジの領域内のブリードポートの設計も簡単にすることができる簡易型設計のものである。さらに、擬似フランジでは、ケーシングの材料とは異なる材料製のリングを使用することができ、このことにより、リング材料とケース材料との間の異なる熱膨張率のために良好な熱的整合を得ることできる。
【００２０】
以上、タービンケーシングシュラウドの例示的な実施形態を詳細に説明している。各シュラウドケーシング組立体は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各構成要素は本明細書に記載した他の構成要素から独立してかつ別個に利用することができる。各構成要素はさらに、他のタービンケーシングシュラウド組立体と組み合わせて使用することもできる。
【００２１】
なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示す高圧タービンの一部の概略図。
【図３】図２に示す高圧タービンの一部の拡大断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１８  タービン
３２  タービンブレード
３４  ステータベーン
３６  エンジンケーシング組立体
３８  ベースケーシング
４０  前部取付けフック
４１  中間取付けフック
４２、４３  シュラウド組立体
４４、４５  シュラウド
４６  タービンブレード先端
４８  先端クリアランス
５０  後部取付けフック
５２  シュラウドチャネル
５４  前部取付けフランジ
５６  後部取付けフランジ
６０  擬似フランジ組立体
６２  リム
６４  環状のリング部材
７２  溝
７４  リップ
【図１】
2005061418.tif 000003
【図２】
2005061418.tif 000004
【図３】
2005061418.tif 000005